JP2009050875A - パイプと複数個の被接合部材との接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パイプに複数個の被接合部材を作業能率良く接合できる接合装置を提供する。
【解決手段】接合装置１は、エキスパンド加工用ダイ連結体２及びマンドレル20を備える。ダイ連結体２は複数個のダイ３を有する。互いに隣り合う２個のダイにおいて一方のダイ３の各ダイセグメント４と他方のダイ３の各ダイセグメント４とは、それぞれ連結杆６を介して互いに連結されている。マンドレル20には複数個の楔部21が形成されている。各楔部21は、パイプ40の中空部43内に配置されたダイ連結体２の対応するダイ３の楔孔部５内に差し込まれることにより、ダイ３の各ダイセグメント４をパイプ40の半径方向外向きに移動させるものである。ダイ３の各ダイセグメント４は、楔部21によってパイプ40の半径方向外向きに移動されることにより、パイプ40のエキスパンド加工対象部41をエキスパンド加工するものである。
【選択図】図５

Description

本発明は、パイプに複数個の被接合部材を接合する接合方法及び接合装置に関する。

従来、パイプにフランジ等の被接合部材を接合する方法として、例えば次の方法がある。

パイプを被接合部材に設けられた挿通孔内に挿通するとともに、パイプの中空部内にエキスパンド加工用ダイを配置する。このダイは、中心部に楔孔部が軸方向に貫通して設けられ且つ楔孔部を中心に周方向に複数個のダイセグメントに分割されている。次いで、エキスパンド加工用マンドレルの楔部をダイの楔孔部内に差し込むことにより、ダイの各ダイセグメントをパイプの半径方向外向きに移動させる。これにより、パイプをエキスパンド加工（即ち拡管加工）し、パイプに被接合部材を接合する。なお、この接合方法は、リッジロック加工方法とも呼ばれている（例えば、特許文献１及び２参照）。
特開平１１−３６８５９号公報 特開平１１−４７８５５号公報

而して、上述した接合方法によりパイプに１個ではなく複数個の被接合部材を接合する場合には、従来では、パイプに被接合部材を１個ずつ接合していた。そのため、作業能率が悪かった。

そこで、作業能率を向上させるため、本発明者は、図１１に示すように、複数個のエキスパンド加工用押圧部が一体形成されたダイ（１０３）を用いて、パイプ（１４０）に複数個の被接合部材（１４５）を一括して接合する方法を考えた。なお図１１において、パイプ（１４０）は断面円形状であり、被接合部材（１４５）は円環板状であり、被接合部材（１４５）の個数は３個である。また、（１０５）はダイ（１０３）に設けられた楔孔部、（１０４）はダイセグメントである。

しかしながら、この場合、マンドレル（１２０）の楔部（１２１）の最大直径はパイプ（１４０）の内径以下に制限されることから、マンドレル（１２０）の楔部（１２１）のテーパ角θ（即ち、ダイ（１０３）の楔孔部（１０５）のテーパ角θ）を大きく設定し過ぎると、同図に示すように、全ての被接合部材（１４５）を一括して接合することができないという難点があった。一方、この難点を解消するため、マンドレル（１２０）の楔部（１２１）のテーパ角θを小さく設定すると、エキスパンド加工時のマンドレル（１２０）のストローク量が増大するため、大きな加工スペースが必要となる。

この発明は、上述した技術背景に鑑みてなされたもので、その目的は、パイプに複数個の被接合部材を作業能率良く接合することができる接合方法及び該接合方法に用いられる接合装置を提供することにある。

本発明は以下の手段を提供する。

［１］ 中心部に楔孔部が軸方向に貫通して設けられ且つ楔孔部を中心に周方向に複数個のダイセグメントに分割された複数個のダイが、軸方向に互いに離間して配置されるとともに、互いに隣り合う２個のダイにおいて一方のダイの各ダイセグメントと他方のダイの各ダイセグメントとがそれぞれ連結杆を介して互いに連結されたエキスパンド加工用ダイ連結体と、
ダイ連結体の各ダイの楔孔部に対応する複数個の楔部が軸方向に互いに離間して形成されたエキスパンド加工用マンドレルと、
を備えた接合装置を用い、
複数個の被接合部材にそれぞれ設けられた挿通孔内にパイプが挿通された状態で、マンドレルの各楔部をパイプの中空部内に配置されたダイ連結体の対応するダイの楔孔部内に差し込むことにより、ダイ連結体の各ダイの各ダイセグメントをパイプの半径方向外向きに移動させ、これにより、パイプの各挿通孔内への挿通部分及びその軸方向両側近傍部分からなる各エキスパンド加工対象部の少なくとも一部をエキスパンド加工し、もってパイプに複数個の被接合部材を接合することを特徴とする、パイプと複数個の被接合部材との接合方法。

［２］ ダイセグメントと連結杆とが互いに分離可能に連結されている前項１記載の接合方法。

［３］ ダイセグメントと連結杆とが回転ジョイントを介して互いに連結されている前項１又は２記載の接合方法。

［４］ ダイ連結体の複数個のダイのうち少なくとも２個のダイの楔孔部のテーパ角は、互いに異なっている前項１〜３のいずれかに記載の接合方法。

［５］ ダイ連結体の複数個のダイのうち少なくとも２個のダイの直径は、互いに異なっている前項１〜４のいずれかに記載の接合方法。

［６］ マンドレルを牽引することにより、マンドレルの各楔部をダイ連結体の対応するダイの楔孔部内に差し込む前項１〜５のいずれかに記載の接合方法。

［７］ マンドレルを押圧することにより、マンドレルの各楔部をダイ連結体の対応するダイの楔孔部内に差し込む前項１〜６のいずれかに記載の接合方法。

［８］ 複数個の被接合部材にそれぞれ設けられた挿通孔内にパイプが挿通された状態で、パイプの各挿通孔内への挿通部分及びその軸方向両側近傍部分からなる各エキスパンド加工対象部の少なくとも一部を、エキスパンド加工することにより、パイプに複数個の被接合部材を接合する、パイプと複数個の被接合部材との接合装置であって、
中心部に楔孔部が軸方向に貫通して設けられ且つ楔孔部を中心に周方向に複数個のダイセグメントに分割された複数個のダイが、軸方向に互いに離間して配置されるとともに、互いに隣り合う２個のダイにおいて一方のダイの各ダイセグメントと他方のダイの各ダイセグメントとがそれぞれ連結杆を介して互いに連結されたエキスパンド加工用ダイ連結体と、
ダイ連結体の各ダイの楔孔部に対応する複数個の楔部が軸方向に互いに離間して形成されたエキスパンド加工用マンドレルと、
を備え、
マンドレルの各楔部は、パイプの中空部内に配置されたダイ連結体の対応するダイの楔孔部内に差し込まれることにより、ダイ連結体の対応するダイの各ダイセグメントをパイプの半径方向外向きに移動させるものであり、
ダイ連結体の各ダイの各ダイセグメントは、マンドレルの各楔部によってパイプの半径方向外向きに移動されることにより、パイプの各エキスパンド加工対象部の少なくとも一部をエキスパンド加工するものであることを特徴とする、パイプと複数個の被接合部材との接合装置。

［９］ ダイセグメントと連結杆とが互いに分離可能に連結されている前項８記載の接合装置。

［１０］ ダイセグメントと連結杆とが回転ジョイントを介して互いに連結されている前項８又は９記載の接合装置。

［１１］ ダイ連結体の複数個のダイのうち少なくとも２個のダイの楔孔部のテーパ角は、互いに異なっている前項８〜１０のいずれかに記載の接合装置。

［１２］ ダイ連結体の複数個のダイのうち少なくとも２個のダイの直径は、互いに異なっている前項８〜１１のいずれかに記載の接合装置。

［１３］ マンドレルの各楔部をダイ連結体の対応するダイの楔孔部内に差し込む方向に、マンドレルを牽引する牽引駆動手段を備えている前項８〜１２のいずれかに記載の接合装置。

［１４］ マンドレルの各楔部をダイ連結体の対応するダイの楔孔部内に差し込む方向に、マンドレルを押圧する押圧駆動手段を備えている前項８〜１３のいずれかに記載の接合装置。

本発明は以下の効果を奏する。

［１］の発明では、複数個の被接合部材にそれぞれ設けられた挿通孔内にパイプが挿通された状態で、マンドレルの各楔部をパイプの中空部内に配置されたダイ連結体の対応するダイの楔孔部内に差し込むことにより、ダイ連結体の各ダイの各ダイセグメントをパイプの半径方向外向きに移動させ、これにより、パイプの各挿通孔内への挿通部分及びその軸方向両側近傍部分からなる各エキスパンド加工対象部の少なくとも一部をエキスパンド加工し、もってパイプに複数個の被接合部材を一括接合するので、パイプに複数個の被接合部材を作業能率良く接合することができる。

［２］の発明では、ダイセグメントと連結杆とが互いに分離可能に連結されている。したがって、もし仮にダイ連結体の各ダイ間の間隔を変更する場合には、連結杆をダイセグメントから分離し、これに代えて適切な長さの連結杆をダイセグメントに連結することにより、各ダイ間の間隔を容易に変更することができる。

［３］の発明では、ダイセグメントと連結杆とが回転ジョイントを介して互いに連結されている。したがって、もし仮にパイプの複数個のエキスパンド加工対象部のエキスパンド加工量（拡管量）が互いに異なる場合であっても、各エキスパンド加工対象部のエキスパンド加工を確実に行うことができる。

［４］の発明では、ダイ連結体の複数個のダイの楔孔部のうち少なくとも２個のダイの楔孔部のテーパ角は、互いに異なっている。したがって、パイプの複数個のエキスパンド加工対象部のうち少なくとも２個のエキスパンド加工対象部のエキスパンド加工を、エキスパンド加工量（拡管量）が互いに異なるように行うことができる。

［５］の発明では、ダイ連結体の複数個のダイのうち少なくとも２個のダイの直径は、互いに異なっている。したがって、パイプの複数個のエキスパンド加工対象部のうち少なくもと２個のエキスパンド加工対象部の内径が互いに異なっている場合であっても、パイプの前記２個のエキスパンド加工対象部のエキスパンド加工を確実に行うことができる。

［６］の発明では、マンドレルを牽引することにより、マンドレルの各楔部をダイ連結体の対応するダイの楔孔部内に差し込むことから、マンドレルの座屈を防止できる。

［７］の発明では、マンドレルを押圧することにより、マンドレルの各楔部をダイ連結体の対応するダイの楔孔部内に差し込むことから、マンドレルの各楔部間の引張破断を防止できる。

［８］〜［１４］の発明では、それぞれ上記［１］〜［７］の発明に好適に用いられる接合装置を提供できる。

次に、本発明の幾つかの実施形態について図面を参照して以下に説明する。

＜第１実施形態＞
図１〜図５は、本発明の第１実施形態に係る接合装置及び接合方法を説明するための図である。

図１及び図２において、（５０）は、第１実施形態の接合装置（１）によりパイプ（４０）に複数個の被接合部材（４５）が接合されて製作された接合構造体である。本第１実施形態では、被接合部材（４５）の個数は３個である。

パイプ（４０）は、例えば、自動車のステアリングサポートビーム、ステアリングコラムホルダ、マフラ、フレーム、プロペラシャフト、サスペンションアーム、その他の自動車の部品に用いられるものであり、あるいは配管材等に用いられるものである。ただし本発明では、パイプ（４０）はこれらの用途に用いられるものであることに限定されるものではない。

このパイプ（４０）は真直なものであり、その断面形状は円形状である。また、パイプ（４０）はその軸方向（即ちその長さ方向）に延びた断面円形状の中空部（４３）を有している。また、パイプ（４０）の内径及び肉厚は、パイプ（４０）の軸方向において一定に設定されている。

パイプ（４０）は、弾性変形及び塑性変形可能な材料からなり、例えば金属製であり、詳述するとアルミニウム又はアルミニウム合金製である。ただし本発明では、パイプ（４０）の材質はアルミニウム又はアルミニウム合金であることに限定されるものではなく、その他に、例えば、鉄、鋼、銅等の金属であっても良いし、プラスチックであっても良い。また、パイプ（４０）は、押出材又は引抜き材からなるものであっても良いし、その他の方法で製作されたものであっても良い。

被接合部材（４５）は、例えば、他の部材（図示せず）に取り付けられるフランジとして用いられるものである。また、被接合部材（４５）は、板状のものであり、詳述すると円環板状のものである。被接合部材（４５）の周縁部には、ボルト挿通孔等の締結具挿通孔（図示せず）や接合片（図示せず）が設けられる。だたし本発明では、被接合部材（４５）はフランジとして用いられるものであることに限定されるものではなく、その他に、ブラケットやステイを有するものであっても良いし、その他の目的に用いられるものであっても良い。

この被接合部材（４５）は、弾性変形可能な材料からなり、例えば金属製であり、詳述するとアルミニウム又はアルミニウム合金製である。ただし本発明では、被接合部材（４５）の材質はアルミニウム又はアルミニウム合金であることに限定されるものではなく、その他に、例えば、鉄、鋼、銅等の金属であっても良いし、プラスチックであっても良い。また、被接合部材（４５）は、押出材、引抜き材又は圧延材からなるものであっても良いし、ダイカスト材からなるものであっても良いし、その他の方法で製造されたものであっても良い。

被接合部材（４５）の中央部には、パイプ（４０）が挿通される挿通孔（４６）が設けられている。この挿通孔（４６）の断面形状は、パイプ（４０）の断面形状に対応した形状であり、即ち円形状である。

パイプ（４０）の長さは例えば５０〜２０００ｍｍである。パイプ（４０）の内径は例えば２０〜１００ｍｍである。パイプ（４０）の肉厚は例えば０．５〜５ｍｍである。

被接合部材（４５）の厚さは例えば５〜５０ｍｍである。被接合部材（４５）の直径は例えば３０〜３００ｍｍである。被接合部材（４５）の挿通孔（４６）の直径は、エキスパンド加工前の状態のパイプ（４０）の外径よりも例えば０．１〜１ｍｍ大きく設定されている。

ただし本発明では、パイプ（４０）及び被接合部材（４５）の各寸法は上記の範囲であることに限定されるものではなく、接合構造体（５０）の使用目的や用途に応じて様々に設定されるものである。

図１及び図２に示すように、この接合構造体（５０）において、パイプ（４０）は、パイプ（４０）の軸方向に互いに離間して配置された３個の被接合部材（４５）（４５）（４５）の挿通孔（４６）（４６）（４６）内に挿通されている。そして、この状態で、パイプ（４０）の各挿通孔（４６）内への挿通部分（４１ａ）及びその軸方向両側近傍部分（４１ｂ）（４１ｂ）からなる各エキスパンド加工対象部（４１）の少なくとも一部が同時にエキスパンド加工されることにより、パイプ（４０）に３個の被接合部材（４５）（４５）（４５）が一括して接合されている。本第１実施形態では、パイプ（４０）の各エキスパンド加工対象部（４１）の全部がエキスパンド加工されている。

だだし本発明では、パイプ（４０）の各エキスパンド加工対象部（４１）の全部がエキスパンド加工されていることに限定されるものではなく、その他に、パイプ（４０）の各エキスパンド加工対象部（４１）の一部だけがエキスパンド加工されていても良い。すなわち本発明では、例えば、パイプ（４０）の各挿通孔（４６）内への挿通部分（４１ａ）及びその軸方向両側近傍部分（４１ｂ）（４１ｂ）のうち挿通部分（４１ａ）だけがエキスパンド加工されていても良いし、その軸方向両側近傍部分（４１ｂ）（４１ｂ）だけがエキスパンド加工されていても良いし、挿通部分（４１ａ）とその軸方向片側近傍部分（４１ｂ）とがエキスパンド加工されていても良い。

こうして得られた接合構造体（５０）では、パイプ（４０）の挿通孔（４６）内への挿通部分（４１ａ）の軸方向両側近傍部分（４１ｂ）（４１ｂ）に、２個の拡管部（膨出部）（４２）（４２）が局部的に外側膨出状に形成されている。そして、被接合部材（４５）が両拡管部（４２）（４２）間に挟まれた状態に被接合部材（４５）がパイプ（４０）に接合されている。拡管部（４２）の断面形状は円弧状である。

拡管部（４２）の拡管量（即ちエキスパンド加工量）は例えば０．５〜１０ｍｍである。また、拡管部（４２）の幅は例えば３〜３０ｍｍである。ただし本発明では、拡管部（４２）の拡管量及び幅はそれぞれ上記の範囲であることに限定されるものではない。

また、これらの被接合部材（４５）（４５）（４５）において互いに隣り合う２個の被接合部材（４５）（４５）の間隔は例えば３〜５００ｍｍである。だたし本発明では、この間隔は上記の範囲であることに限定されるものではなく、接合構造体（５０）の使用目的や用途に応じて様々に設定されるものである。

次に、本第１実施形態の接合装置（１）について以下に説明する。

図３〜図５に示すように、接合装置（１）は、パイプ（４０）に３個の被接合部材（４５）（４５）（４５）を一括接合するためのものである。

この接合装置（１）は、エキスパンド加工用ダイ連結体（２）、エキスパンド加工用マンドレル（２０）等を備えている。

ダイ連結体（２）は、その軸方向に互いに離間して配置された複数個のエキスパンド加工用ダイ（３）を備えている。本第１実施形態では、ダイ（３）の個数は３個である。

また、３個のダイ（３）（３）（３）は、各被接合部材（４５）の間隔に対応して離間して配置されている。

ダイ（３）は、略円柱状のものであり、パイプ（４０）よりも高い強度を有しており、例えば工具鋼や超硬合金製である。また、ダイ（３）の中心部には楔孔部（５）が軸方向に貫通して設けられている。楔孔部（５）は、円錐台状又は多角錐台状であり、本第１実施形態では多角錐台状であり、詳述すると正八角錐台状である。したがって、楔孔部（５）の横断面形状は正八角形状である。

また、３個のダイ（３）（３）（３）の直径Ｄは、いずれも互いに等しく設定されている。

本第１実施形態では、３個のダイ（３）（３）（３）の楔孔部（５）（５）（５）のテーパ角θは互いに等しく設定されている。さらに、楔孔部（５）のテーパ角θと後述するマンドレル（２０）の楔部（２１）のテーパ角θとは、互いに等しく設定されている。具体的には、楔孔部（５）のテーパ角θ（即ち、楔部（２１）のテーパ角θ）は例えば１〜３０°に設定されている。ただし本発明では、楔孔部（５）のテーパ角θ（即ち、楔部（２１）のテーパ角θ）は上記の範囲であることに限定されるものではない。

さらに、ダイ（３）は、楔孔部（５）を中心に周方向に複数個のダイセグメント（４）に均等に分割されている。本第１実施形態では、ダイ（３）の分割数は８個である（図３参照）。

各ダイ（３）の各ダイセグメント（４）は、パイプ（４０）の半径方向外向きに移動されることにより、パイプ（４０）の各エキスパンド加工対象部（４１）の少なくとも一部をエキスパンド加工（拡管加工）するものである。

各ダイセグメント（４）の外周面の軸方向両端部には、それぞれ断面円弧状の押圧凸部（４ａ）（４ａ）が周方向に延びて形成されている。図５に示すように、両押圧凸部（４ａ）（４ａ）は、エキスパンド加工時にパイプ（４０）の挿通孔（４６）内への挿通部分（４１ａ）の軸方向両側近傍部分（４１ｂ）（４１ｂ）を外側に押圧して塑性変形させ、これにより当該両部分（４１ｂ）（４１ｂ）に断面円弧状の前記拡管部（４２）（４２）を形成するものである。

押圧凸部（４ａ）の突出高さは例えば０．５〜１０ｍｍである。押圧凸部（４ａ）の幅は例えば２〜２０ｍｍである。ただし本発明では、押圧凸部（４ａ）の突出高さ及び幅はそれぞれ上記の範囲であることに限定されるものではない。

各ダイセグメント（４）の外周面の軸方向中間部、即ち両押圧凸部（４ａ）（４ａ）間の部位（４ｂ）は、エキスパンド加工時にパイプ（４０）の挿通孔（４６）内への挿通部分（４１ａ）を外側に押圧し、これにより当該部分（４１ａ）を拡管するものである。

さらに、３個のダイ（３）（３）（３）のうち互いに隣り合う２個のダイ（３）（３）において、一方のダイ（３）の各ダイセグメント（４）と他方のダイ（３）の各ダイセグメント（４）とがそれぞれダイセグメント用連結杆（６）を介して互いに分離可能に連結されている。

ダイセグメント用連結杆（６）は、剛性を有する棒状のものであり、例えば工具鋼や超硬合金製である。また、この連結杆（６）の断面形状は例えば円形状である。

そして、連結杆（６）の一端部が一方のダイ（３）のダイセグメント（４）にねじ（図示せず）等により固定状態に分離可能に連結されており、また連結杆（３）の他端部が他方のダイ（３）のダイセグメント（４）にねじ（図示せず）等により固定状態に分離可能に連結されている。

ダイ連結体（２）の端部には、３個のダイ（３）（３）（３）を支持する円柱状又は円板状の支持部（８）が設けられている。この支持部（８）の中央部には軸方向（支持部（８）の厚さ方向）に貫通した断面円形状の貫通孔（１０）が設けられている。さらに、この支持部（８）は、貫通孔（１０）を中心に周方向に複数個の支持部セグメント（９）に均等に分割されている。支持部（８）の分割数は、ダイ（３）の分割数と同数であり、即ち８個である。

さらに、支持部（８）の各支持部セグメント（９）と、該支持部（８）と隣り合うダイ（３）の各ダイセグメント（４）とがそれぞれ支持部セグメント用連結杆（１１）を介して互いに分離可能に連結されている。

図３〜図５に示すように、マンドレル（２０）には、ダイ連結体（２）の各ダイ（３）の楔孔部（５）に対応する複数個の楔部（２１）が軸方向に互いに離間して形成されている。本第１実施形態では、ダイ（３）の個数は３個であるから、楔部（２１）の個数は３個である。楔部（２１）は、例えば工具鋼や超硬合金製である。

また、３個の楔部（２１）（２１）（２１）は、３個のダイ（３）（３）（３）の楔孔部（５）（５）（５）の間隔に対応して離間して配置されている。

各楔部（２１）は、ダイ（３）の楔孔部（５）に対応する形状に形成されており、すなわち正八角錐台状に形成されている。

本第１実施形態では、３個の楔部（２１）（２１）（２１）のテーパ角θは互いに等しく設定されている。さらに、上述したように、楔部（２１）のテーパ角θとダイ（３）の楔孔部（５）のテーパ角θとは互いに等しく設定されている。

各楔部（２１）は、ダイ連結体（２）の対応するダイ（３）の楔孔部（５）内に差し込まれることにより、ダイ連結体（２）の対応するダイ（３）の各ダイセグメント（４）をパイプ（４０）の半径方向外向きに移動させるものである。

このマンドレル（２０）において、互いに隣り合う２個の楔部（２１）（２１）の間には、両楔部（２１）（２１）同士を互いに分離可能に連結する楔部用連結杆（２２）が配置されている。すなわち、両楔部（２１）（２１）は楔部用連結杆（２２）を介して互いに分離可能に連結されている。

楔部用連結杆（２２）は、剛性を有する棒状のものであり、例えば工具鋼や超硬合金製である。また、この連結杆（２２）の断面形状は円形状である。また、この連結杆（２２）の直径は、楔部（２１）の先細り状の端部の直径と等しく設定されている。

そして、連結杆（２２）の一端部が互いに隣り合う２個の楔部（２１）（２１）のうち一方の楔部（２１）にねじ（図示せず）等により固定状態に分離可能に連結されており、連結杆（２２）の他端部が他方の楔部（２１）にねじ（図示せず）等により固定状態に分離可能に連結されている。

さらに、マンドレル（２０）の先端側の部分（２０ａ）がダイ連結体（２）の支持部（８）の貫通孔（１０）内に遊挿状態に挿通されている。そして、この部分（２０ａ）に、牽引駆動手段（３０）が連結されている。この牽引駆動手段（３０）は、マンドレル（２０）の各楔部（２１）をダイ連結体（２）の対応するダイ（３）の楔孔部（５）内に差し込む方向にマンドレル（２０）を牽引するものである。この牽引駆動手段（３０）として例えば油圧シリンダが用いられる。

次に、本第１実施形態の接合装置（１）を用いてパイプ（４０）に３個の被接合部材（４５）（４５）（４５）を接合する方法について以下に説明する。

図４に示すように、３個の被接合部材（４５）（４５）（４５）の挿通孔（４６）（４６）（４６）内にパイプ（４０）を遊挿状態に挿通する。また、パイプ（４０）の中空部（４３）内にダイ連結体（２）の３個のダイ（３）（３）（３）をパイプ（４０）の端部開口から挿入配置する。

そしてこの状態で、牽引駆動手段（３０）によってマンドレル（２０）をその先端側の部分（２０ａ）からマンドレル（２０）の軸方向に牽引することにより、マンドレル（２０）の各楔部（２１）をダイ連結体（２）の対応するダイ（３）の楔孔部（５）内に強制的に同時に差し込む。これにより、図５に示すように、ダイ連結体（２）の各ダイ（３）の各ダイセグメント（４）をパイプ（４０）の半径方向外向きに同時に移動させて、パイプ（４０）の各エキスパンド加工対象部（４１）を同時にエキスパンド加工する。

このエキスパンド加工によって、パイプ（４０）のエキスパンド加工対象部（４１）が外側に局部的に膨出するように塑性変形されて被接合部材（４５）の挿通孔（４６）の内周面に圧接されるとともに、被接合部材（４５）の挿通孔（４６）の内径が半径方向外向きに広がるように被接合部材（４５）が弾性変形される。そして、このように被接合部材（４５）が弾性変形されることに伴い、被接合部材（４５）に弾性復元力が蓄積される。

このエキスパンド加工の際に、パイプ（４０）の挿通孔（４６）内への挿通部分（４１ａ）の軸方向両側近傍部分（４１ｂ）（４１ｂ）は、ダイ（３）のセグメント（４）の２個の押圧凸部（４ａ）（４ａ）により外側に押圧されて断面円弧状に膨出される。

次いで、マンドレル（２０）の各楔部（２１）を各楔孔部（５）内から抜出する。すると、各被接合部材（４５）に蓄積された弾性復元力（スプリングバック力）により各被接合部材（４５）がパイプ（４０）の外周面に圧接固定される。これにより、各被接合部材（４５）がパイプ（４０）に接合される。次いで、ダイ連結体（２）の３個のダイ（３）（３）（３）をパイプ（４０）の中空部（４３）内から抜出する。

以上の手順により、図１及び図２に示した接合構造体（５０）が得られる。

而して、本第１実施形態の接合方法は次の利点がある。

３個の被接合部材（４５）（４５）（４５）の挿通孔（４６）（４６）（４６）内にパイプ（４０）が挿通された状態で、マンドレル（２０）の各楔部（２１）をパイプ（４０）の中空部（４３）内に配置されたダイ連結体（２）の対応するダイ（３）の楔孔部（５）内に差し込むことにより、ダイ連結体（２）の各ダイ（３）の各ダイセグメント（４）をパイプ（４０）の半径方向外向きに同時に移動させ、これにより、パイプ（４０）の各エキスパンド加工対象部（４１）を同時にエキスパンド加工し、もってパイプ（４０）に３個の被接合部材（４５）（４５）（４５）を一括接合するので、パイプ（４０）に３個の被接合部材（４５）（４５）（４５）を作業能率良く接合することができる。

さらに、マンドレル（２０）を牽引することにより、マンドレル（２０）の各楔部（２１）をダイ連結体（２）の対応するダイ（３）の楔孔部（５）内に差し込むことから、マンドレル（２０）の座屈を防止できる。

さらに、ダイ連結体（２）の各ダイ（３）間の間隔を変更する場合には、ダイセグメント用連結杆（６）をダイセグメント（４）から分離し、これに代えて適切な長さのダイセグメント用連結杆（６）をダイセグメント（４）に連結する。これにより、各ダイ（３）間の間隔を容易に変更することができる。

また、マンドレル（２０）の各楔部（２１）間の間隔を変更する場合には、楔部用連結杆（２２）を楔部（２１）から分離し、これに代えて適切な長さの楔部用連結杆（２２）を楔部（２１）に連結する。これにより、各楔部（２１）間の間隔を容易に変更することができる。

また、本第１実施形態の接合装置（１）は、本第１実施形態の接合方法に好適に用いることができる。

＜第２実施形態＞
図６は、本発明の第２実施形態に係る接合装置及び接合方法を説明するための図である。この接合装置（１）及び接合方法について上記第１実施形態とは異なる点を中心に以下に説明する
この接合装置（１）は、マンドレル（２０）を所定方向に牽引する牽引駆動手段（図４参照、３０）に代えて、マンドレル（２０）の各楔部（２１）をダイ連結体（２）の対応するダイ（３）の楔孔部（５）内に差し込む方向にマンドレル（２０）を押圧する押圧駆動手段（３１）を備えている。この押圧駆動手段（３１）は、マンドレル（２０）の基端側の部分（２０ｂ）に連結されている。この押圧駆動手段（３１）として例えば油圧シリンダが用いられる。

この接合装置（１）を用いてパイプ（４０）に３個の被接合部材（４５）（４５）（４５）を接合する場合には、押圧駆動手段（３１）によってマンドレル（２０）をその基端側の部分（２０ｂ）からマンドレル（２０）の軸方向に押圧することにより、マンドレル（２０）の各楔部（２１）をダイ連結体（２）の対応するダイ（３）の楔孔部（５）内に強制的に同時に差し込む。これにより、ダイ連結体（２）の各ダイ（３）の各ダイセグメント（４）をパイプ（４０）の半径方向外向きに同時に移動させて、パイプ（４０）の各エキスパンド加工対象部（４１）を同時にエキスパンド加工する。その結果、パイプ（４０）に３個の被接合部材（４５）（４５）（４５）が一括接合される。

本第２実施形態の接合方法によれば、マンドレル（２０）の各楔部（２１）間の引張破断を防止できる。

＜第３実施形態＞
図７は、本発明の第３実施形態に係る接合装置及び接合方法を説明するための図である。この接合装置（１）及び接合方法について上記第１及び第２実施形態とは異なる点を中心に以下に説明する
この接合装置（１）は、マンドレル（２０）を所定方向に牽引する牽引駆動手段（３０）と、マンドレル（２０）を所定方向に押圧する押圧駆動手段（３１）とを備えている。牽引駆動手段（３０）は、マンドレル（２０）の先端側の部分（２０ａ）に連結されており、押圧駆動手段（３１）は、マンドレル（２０）の基端側の部分（２０ｂ）に連結されている。

この接合装置（１）を用いてパイプ（４０）に３個の被接合部材（４５）（４５）（４５）を接合する場合には、押圧駆動手段（３１）によってマンドレル（２０）をその基端側の部分（２０ｂ）からマンドレル（２０）の軸方向に押圧すると同時に、牽引駆動手段（３０）によってマンドレル（２０）をその先端側の部分（２０ａ）からマンドレル（２０）の軸方向に牽引することにより、マンドレル（２０）の各楔部（２１）をダイ連結体（２）の対応するダイ（３）の楔孔部（５）内に強制的に同時に差し込む。これにより、ダイ連結体（２）の各ダイ（３）の各ダイセグメント（４）をパイプ（４０）の半径方向外向きに同時に移動させて、パイプ（４０）の各エキスパンド加工対象部（４１）を同時にエキスパンド加工する。その結果、パイプ（４０）に３個の被接合部材（４５）（４５）（４５）が一括接合される。

本第３実施形態の接合方法によれば、マンドレル（２０）の座屈を防止できるし、更に、マンドレル（２０）の各楔部（２１）間の引張破断を防止できる。

＜第４実施形態＞
図８は、本発明の第４実施形態に係る接合装置及び接合方法を説明するための図である。この接合装置（１）及び接合方法について上記第１実施形態とは異なる点を中心に以下に説明する。

この接合装置（１）では、ダイ連結体（２）の３個のダイ（３）（３）（３）の楔孔部（５）（５）（５）のテーパ角θ（即ち、マンドレル（２０）の３個の楔部（２１）（２１）（２１）のテーパ角θ）は、互いに異なっている。詳述すると、３個のダイ（３）（３）（３）の楔孔部（５）（５）（５）のテーパ角θうち、同図の左側のダイ（３）の楔孔部（５）のテーパ角θが一番大きく、右側のダイ（３）の楔孔部（５）のテーパ角θが二番目に大きく、中央のダイ（３）の楔孔部（４）のテーパ角θが一番小さく設定されている。

また、ダイ連結体（２）のダイ（３）のダイセグメント（４）と連結杆（６）とが回転ジョイント（７）を介して分離可能に連結されている。すなわち、連結杆（６）の一端部は、一方のダイセグメント（４）に回転ジョイント（７）を介して互いに分離可能に連結されており、連結杆（６）の他端部は、他方のダイセグメント（４）に回転ジョイント（７）を介して互いに分離可能に連結されている。

回転ジョイント（７）は、エキスパンド加工時のダイセグメント（４）の移動方向とパイプ（４０）の軸方向とに垂直な回転軸を中心に回転可能なものである。

この接合装置（１）を用いてパイプ（４０）に３個の被接合部材（４５）（４５）（４５）を接合する方法は、上記第１実施形態と同様に行われる。

本第４実施形態の接合方法によれば、パイプ（４０）の３個のエキスパンド加工対象部（４１）（４１）（４１）のエキスパンド加工を、エキスパンド加工量（拡管量）が互いに異なるように行うことができる。

＜第５実施形態＞
図９は、本発明の第５実施形態に係る接合装置及び接合方法を説明するための図である。この接合装置（１）及び接合方法について上記第１実施形態とは異なる点を中心に以下に説明する。

本第５実施形態では、パイプ（４０）の内径は、パイプ（４０）の軸方向において一定ではなく異なっている。詳述すると、パイプ（４０）の内径は、パイプ（４０）の右端部に進むにつれて段階的に増大するように設定されている。そのため、パイプ（４０）の３個のエキスパンド加工対象部（４１）（４１）（４１）の内径が互いに異なっている。なお、パイプ（４０）の肉厚はパイプ（４０）の軸方向において一定に設定されている。

この接合装置（１）では、上記第４実施形態と同様に、ダイ連結体（２）のダイ（３）のダイセグメント（４）と連結杆（６）とが回転ジョイント（７）を介して分離可能に連結されている。

一方、ダイ連結体（２）の各ダイ（３）の直径Ｄは、パイプ（４０）の対応するエキスパンド加工対象部（４１）の内径に適合するように設定されており、すなわち、３個のダイ（３）（３）（３）の直径Ｄは互いに異なっている。

また、ダイ連結体（２）の３個のダイ（３）（３）（３）の楔孔部（５）（５）（５）のテーパ角θ（即ち、マンドレル（２０）の３個の楔部（２１）（２１）（２１）のテーパ角θ）は、互いに等しく設定されている。

この接合装置（１）を用いてパイプ（４０）に３個の被接合部材（４５）（４５）（４５）を接合する方法は、上記第１実施形態と同様に行われる。

本第５実施形態の接合方法によれば、パイプ（４０）の３個のエキスパンド加工対象部（４１）（４１）（４１）の内径が互いに異なっている場合であっても、これらのエキスパンド加工対象部（４１）（４１）（４１）のエキスパンド加工を確実に行うことができる。

＜第６実施形態＞
図１０は、本発明の第６実施形態に係る接合工具を説明するための図である。

この接合工具（１）では、ダイ連結体（２）の各ダイ（３）の分割数は、８個ではなく４個である。また、各ダイ（３）の楔孔部（５）は正四角錐台状である。したがって、楔孔（５）の横断面形状は正四角形状である。

マンドレル（２０）の各楔部（２１）は、ダイ（３）の楔孔部（５）に対応する形状に形成されており、すなわち正四角錐台状に形成されている。

この接合工具（１）を用いてパイプ（４０）に３個の被接合部材（４５）（４５）（４５）を接合する方法は、上記第１実施形態と同様に行われる。

以上で本発明の幾つかの実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に示したものであることに限定されるものではない。

例えば、上記第１〜第５実施形態では、ダイ連結体（２）のダイ（３）の分割数は８個であり、上記第６実施形態では、ダイ（３）の分割数は４個であるが、本発明では、ダイ（３）の分割数は８個又は４個であることに限定されるものではなく、様々に変更可能であり、例えば６個であっても良いし、その他の個数であっても良く、また偶数個であっても良いし、奇数個であっても良い。

また上記第１〜第６実施形態では、ダイ連結体（２）のダイ（３）の個数及びマンドレル（２０）の楔部（２１）の個数はともに３個であるが、本発明では、ダイ（３）の個数及び楔部（２１）の個数は３個であることに限定されるものではなく、被接合部材（４５）の個数に応じて設定されるものである。すなわち、本発明では、被接合部材（４５）の個数が例えば２個である場合には、ダイ（３）の個数及び楔部（２１）の個数は２個であり、被接合部材（４５）の個数が例えば４個である場合には、ダイ（３）の個数及び楔部（２１）の個数は４個である。

また本発明では、パイプ（４０）は断面円形状のものであることに限定されるものではなく、その他に、断面四角形状等の断面多角形状のものであっても良い。また本発明では、パイプ（４０）はその中空部（４３）内にパイプ（４０）の軸方向に延びた仕切り壁部（図示せず）が形成されたものであっても良い。

また本発明では、接合装置は、上記第１〜第６実施形態の接合装置（１）に適用された技術的思想のうち２つ以上を組み合わて構成したものであっても良い。

本発明は、パイプに複数個のフランジ等の被接合部材を接合する接合方法及び接合装置に利用可能である。

図１は、本発明の第１実施形態に係る接合装置によりパイプに複数個の接合部材を接合した接合構造体の斜視図である。 図２は、同接合構造体の断面図である。 図３は、同接合装置の斜視図である。 図４は、パイプに複数個の接合部材を接合する前の状態の断面図である。 図５は、パイプに複数個の接合部材を接合する途中の状態の断面図である。 図６は、本発明の第２実施形態に係る接合装置によりパイプに複数個の接合部材を接合する前の状態の断面図である。 図７は、本発明の第３実施形態に係る接合装置によりパイプに複数個の接合部材を接合する前の状態の断面図である。 図８は、本発明の第４実施形態に係る接合装置によりパイプに複数個の接合部材を接合する前の状態の断面図である。 図９は、本発明の第５実施形態に係る接合装置によりパイプに複数個の接合部材を接合する前の状態の断面図である。 図１０は、本発明の第６実施形態に係る接合装置の斜視図である。 図１１は、本発明に関連する接合方法を説明するための断面図である。

符号の説明

１：接合装置
２：ダイ連結体
３：ダイ
４：ダイセグメント
４ａ：押圧凸部
５：楔孔部
６：連結杆（ダイセグメント用連結杆）
７：回転ジョイント
８：支持部
２０：マンドレル
２１：楔部
３０：牽引駆動手段
３１：押圧駆動手段
４０：パイプ
４１：エキスパンド加工対象部
４１ａ：挿通部分
４１ｂ：近傍部分
４２：拡管部（膨出部）
４３：中空部
４５：被接合部材
４６：挿通孔
５０：接合構造体

Claims (14)

1. 中心部に楔孔部が軸方向に貫通して設けられ且つ楔孔部を中心に周方向に複数個のダイセグメントに分割された複数個のダイが、軸方向に互いに離間して配置されるとともに、互いに隣り合う２個のダイにおいて一方のダイの各ダイセグメントと他方のダイの各ダイセグメントとがそれぞれ連結杆を介して互いに連結されたエキスパンド加工用ダイ連結体と、
   ダイ連結体の各ダイの楔孔部に対応する複数個の楔部が軸方向に互いに離間して形成されたエキスパンド加工用マンドレルと、
   を備えた接合装置を用い、
   複数個の被接合部材にそれぞれ設けられた挿通孔内にパイプが挿通された状態で、マンドレルの各楔部をパイプの中空部内に配置されたダイ連結体の対応するダイの楔孔部内に差し込むことにより、ダイ連結体の各ダイの各ダイセグメントをパイプの半径方向外向きに移動させ、これにより、パイプの各挿通孔内への挿通部分及びその軸方向両側近傍部分からなる各エキスパンド加工対象部の少なくとも一部をエキスパンド加工し、もってパイプに複数個の被接合部材を接合することを特徴とする、パイプと複数個の被接合部材との接合方法。
2. ダイセグメントと連結杆とが互いに分離可能に連結されている請求項１記載の接合方法。
3. ダイセグメントと連結杆とが回転ジョイントを介して互いに連結されている請求項１又は２記載の接合方法。
4. ダイ連結体の複数個のダイのうち少なくとも２個のダイの楔孔部のテーパ角は、互いに異なっている請求項１〜３のいずれかに記載の接合方法。
5. ダイ連結体の複数個のダイのうち少なくとも２個のダイの直径は、互いに異なっている請求項１〜４のいずれかに記載の接合方法。
6. マンドレルを牽引することにより、マンドレルの各楔部をダイ連結体の対応するダイの楔孔部内に差し込む請求項１〜５のいずれかに記載の接合方法。
7. マンドレルを押圧することにより、マンドレルの各楔部をダイ連結体の対応するダイの楔孔部内に差し込む請求項１〜６のいずれかに記載の接合方法。
8. 複数個の被接合部材にそれぞれ設けられた挿通孔内にパイプが挿通された状態で、パイプの各挿通孔内への挿通部分及びその軸方向両側近傍部分からなる各エキスパンド加工対象部の少なくとも一部を、エキスパンド加工することにより、パイプに複数個の被接合部材を接合する、パイプと複数個の被接合部材との接合装置であって、
   中心部に楔孔部が軸方向に貫通して設けられ且つ楔孔部を中心に周方向に複数個のダイセグメントに分割された複数個のダイが、軸方向に互いに離間して配置されるとともに、互いに隣り合う２個のダイにおいて一方のダイの各ダイセグメントと他方のダイの各ダイセグメントとがそれぞれ連結杆を介して互いに連結されたエキスパンド加工用ダイ連結体と、
   ダイ連結体の各ダイの楔孔部に対応する複数個の楔部が軸方向に互いに離間して形成されたエキスパンド加工用マンドレルと、
   を備え、
   マンドレルの各楔部は、パイプの中空部内に配置されたダイ連結体の対応するダイの楔孔部内に差し込まれることにより、ダイ連結体の対応するダイの各ダイセグメントをパイプの半径方向外向きに移動させるものであり、
   ダイ連結体の各ダイの各ダイセグメントは、マンドレルの各楔部によってパイプの半径方向外向きに移動されることにより、パイプの各エキスパンド加工対象部の少なくとも一部をエキスパンド加工するものであることを特徴とする、パイプと複数個の被接合部材との接合装置。
9. ダイセグメントと連結杆とが互いに分離可能に連結されている請求項８記載の接合装置。
10. ダイセグメントと連結杆とが回転ジョイントを介して互いに連結されている請求項８又は９記載の接合装置。
11. ダイ連結体の複数個のダイのうち少なくとも２個のダイの楔孔部のテーパ角は、互いに異なっている請求項８〜１０のいずれかに記載の接合装置。
12. ダイ連結体の複数個のダイのうち少なくとも２個のダイの直径は、互いに異なっている請求項８〜１１のいずれかに記載の接合装置。
13. マンドレルの各楔部をダイ連結体の対応するダイの楔孔部内に差し込む方向に、マンドレルを牽引する牽引駆動手段を備えている請求項８〜１２のいずれかに記載の接合装置。
14. マンドレルの各楔部をダイ連結体の対応するダイの楔孔部内に差し込む方向に、マンドレルを押圧する押圧駆動手段を備えている請求項８〜１３のいずれかに記載の接合装置。

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